Die Silicon Austria Labs GmbH im Forschungsdreieck Graz - Linz - Villach hat sich zu einem europäischen Forschungszentrum für die Elektronikindustrie entwickelt und Österreichs internationale Sichtbarkeit erhöht. Im Rahmen eines strategischen Forschungsvorhabens, welches im Jahr 2020 begann, untersuchten wir Piezo-MEMS-Bauelemente und insbesondere piezoelektrische, mikrobearbeitete Ultraschallwandler (PMUTs). Obwohl mit Bulk-Ultraschallwandlern große Fortschritte erzielt wurden, schränkt der aufwändige Herstellungsprozess die Realisierung kosteneffizienter Ultraschallsysteme mit fortschrittlichem Array-Design ein. Als Alternative dazu zeigen PMUTs ihre großen Vorteile in Ultraschallsystemen der nächsten Generation. Diese Art von Schallwandler bestand aus einer Schwingungsmembran mit einem Durchmesser von hundert Mikrometern.
Die Dehnungsfehlanpassung zwischen der piezoelektrischen und der Siliziumschicht bringt die Membran in ihrer Resonanzfrequenz zum Schwingen. Das Wandlerelement wird in der Regel zu einem Array zusammengesetzt, um die Ausgangsleistung zu verbessern. Im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschallwandlern hat dieser Wandler den Vorteil, dass er kostengünstig ist, ein fortschrittliches Array-Design hat, kleiner ist und eine viel geringere Erregerspannung benötigt.
2021 konzentrierten wir unsere Arbeit auf die Einrichtung einer Simulations- und Versuchsplattform für die Entwicklung von PMUT. Mit Hilfe einer speziellen Simulationsplattform auf Systemebene, die bei SAL entwickelt wurde und mit einem Ersatzschaltkreismodell kombiniert wurde, sind wir nun in der Lage, die Array-Leistung des PMUT genau und effizient zu simulieren und zu optimieren. Zahlreiche Unternehmen sind derzeit auf der Suche nach PMUT-basierten Ultraschallsystemen. Schon bald könnten solche Systeme in neuen Anwendungen wie intelligenten Wearables, miniaturisierten medizinischen Geräten und zukünftiger Mobilität zum Einsatz kommen.
Wirkungen und Effekte
Ende Oktober 2021 haben wir unsere Arbeit auf der IEEE SENSORS 2021, einer der renommiertesten Konferenzen im Bereich der Mikrosysteme, online vorgestellt. Darüber hinaus wird diese Arbeit zu verschiedenen Patenten und Artikeln in internationalen Fachzeitschriften führen.
Mehrere Unternehmen haben bereits eine Forschungskooperation mit SAL zur Entwicklung eines PMUT-basierten Systems vereinbart. Im Jahr 2022 wird SAL seine Reinraumanlage nutzen, um die Mikrofabrikation dieses innovativen PMUT zu starten.
